Учебная работа. Разработка стенда виброакустической диагностики зубчатых передач

Учебная работа. Разработка стенда виброакустической диагностики зубчатых передач

Содержание

• Введение 2
• 1. объект контроля 3
• 2. Волноводный акустический способ контроля 5
• 3. Спектральное характеристики АЦП ЛА-н10USB 13

6. Выбор ПЭВМ 15

7. Автоматическая система 18

• 7.1 Блок — схема работы установки 20

Заключение 22

Перечень литературы 23

Введение
В истинное время количество эксплуатируемых машин и оборудования в хоть какой стране значительно превосходит способности их обслуживания и ремонта в согласовании с советами производителей. Выходом из сложившейся ситуации становится, во-1-х, повышение толики оборудования, не требующего обслуживания а, во-2-х, переход на ремонт оборудования и устройств по его фактическому состоянию. Но это может быть только при использовании способов и средств глубочайшей диагностики и длительного прогноза состояния оборудования в процессе его эксплуатации, которые только в крайние годы стали развиваться резвыми темпами, потому неувязка поддержания работоспособности машин и устройств остается как и раньше животрепещущей.

Узлы и агрегаты машин, станков, движков и другого оборудования содержат в собственной конструкции механизмы, содержащие зубчатые передачи, которые имеют тенденцию к изнашиванию, старению и выходу из строя. Износ и недостатки зубчатых передач при работе механизма, проявляют себя в виде биения, вибрации либо стука на различных частотах. Техническое состояние хоть какой, даже фактически совершенно сделанной, зубчатой пары быть может оценено в процессе работы с помощью вибродиагностики.

Время от времени под термином «вибродиагностика» соображают обнаружение хоть какого конфигурации вибрации оборудования. В реальности, работа по контролю и анализу вибрации именуется диагностированием только в том случае, когда определяется наличие, вид и степень развития недостатка, формируется прогноз времени безаварийной эксплуатации узла.

Вибродиагностика не единственный способ, она быть может дополнена контролем температуры, свойства смазки и технологических характеристик. Но из всех перечисленных способов контроля конкретно вибродиагностика является более действенной по соотношению Издержки / итог.

1. объект контроля

Зубчатая передача — это механизм, состоящий из колёс с зубьями, которые сцепляются меж собой и предусмотрены для передачи вращательного движения с 1-го вала на иной. Зубчатая передача относиться к передачам зацеплением, с конкретным контактом зубчатых колёс. Наименьшее из колёс передачи принято именовать шестерней, а большее — колесом. Если поперечник ведущего колеса меньше, то крутящий момент ведомого колеса возрастает за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и напротив. Зубчатые колеса удерживаются на валу обычно при помощи шлицевого либо шпоночного соединения, пореже, при помощи болтов либо винтов. Более нередко в разных машинках используют зубчатые колёса среднего поперечника (приблизительно от 80 до 200 мм). Колёса большего поперечника делают со спицами, а маленького — сплошным, т. е. без диска и без спиц. Главными элементами зубчатого колеса (Набросок 1) являются зубья, любой зуб состоит из головки зуба и ножки: Зубья находятся на ободе колеса и вкупе с ободом составляют зубчатый венец: наиболее узкая часть колеса — диск соединяет ступицу с ободом, снутри ступицы делают отверстие для вала с пазом для шпонки.

Набросок 1. Зубчатое колесо.

Зубчатые передачи (Набросок 2) бывают открытыми, полуоткрытыми и закрытыми. Открытыми именуют передачи, которые не имеют кожуха (резервуара) для масляной ванны; смазываются такие передачи временами консистентной смазкой. Обычно эти передачи тихоходные и используются в большей степени в обычных машинках и механизмах. Полуоткрытые передачи различаются от открытых наличием резервуара для водянистой масляной ванны. Закрытыми именуют передачи, которые вкупе с подшипниками смонтированы в особых корпусах.

По эксплуатационному предназначению можно выделить четыре главные группы зубчатых передач: отсчётные, скоростные, силовые и общего предназначения.

Набросок 2. Зубчатая передача

2. Виброакустический способ контроля
Достоинством вибродиагностических способов, при применении их для анализа состояния зубчатой передачи, будет то, что смерти) делается без разбора узла либо агрегата, в рабочих режимах. Но, верный анализ и четкий диагноз (медицинское заключение об имеющемся заболевании), просит особенных способностей у вибродиагноста, потому что он несет ответственность за принятое решение о том, стоит продолжать эксплуатацию механизма, или подвергнуть ремонту либо подмене деталь, с предполагаемым недостатком. В тех вариантах, когда зубчатая передача работает в ответственных механизмах, или, когда обычной оборудования тянет за собой огромные вещественные Издержки, корректность принятия решения особо принципиальна. Потому наличие лишь теоретических познаний о проведении виброиспытаний не является достаточным, потому что умение верно интерпретировать результаты анализа вибросигналов, просит большенный практики. Для приобретения исходного уровня умений по диагностике и исследованию вибрации зубчатых передач, также для выявления более всераспространенных изъянов, тяжело начинать сходу со сложного оборудования, содержащего огромное количество крутящихся объектов, создающих сложную, по собственному составу, спектральную картину. Наиболее правильно поначалу изучить вибрацию отдельной зубчатой пары, имеющей более всераспространенные недостатки, научиться выделять эти недостатки на фоне всего вибросигнала, оценивать их воздействие на работу зубчатой передачи, и лишь опосля этого работать с наиболее сложными механизмами. Для данной нам цели целенаправлено сделать экспериментальный щит зубчатой передачи, имеющего возможность заносить в систему зубчатой пары искусственные недостатки, которые обычно встречаются в работе узлов и агрегатов, содержащих зубчатые передачи. Недостатки должны быть конкретно «вносимыми», другими словами съемными, что дозволит, методом сопоставления сигналов с недостатком и без него, определять размещение недостатка на спектральной картине.

Разработка экспериментального щита дозволит разглядывать разные способы диагностирования вибросигналов и проводить их анализ в лабораторных критериях, что дозволит существенно упростить исследование имеющихся способов и их предстоящее развитие.

3. Спектральное нужно проанализировать исследуемый сигнал. Для наглядности исследования смоделируем регистрируемый сигнал в программной среде Mathcad.

Сигнал (Набросок 3) был построен по формулам (1), его значения соответствуют настоящим получаемым значениям в процессе проведения опыта.

Набросок 3 Смоделированный сигнал в программной среде MathCAD

Набросок 4 Диапазон исследуемого сигнала

Набросок 5 Восстановленный сигнал

PFF — начальный сигнал, PFF1 — восстановленный

Исходя из аксиомы Котельникова (Найквиста-Шенона), для того чтоб вернуть аналоговый сигнал без утрат частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя обязана быть в 2 раза больше наибольшей частоты, которой ограничен диапазон начального аналогового сигнала. Как следует, частота дискретизации f = 1/180Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ).

Также нужно высчитать частоту дискретизации, исходя из точности измерения по времени. Измеряемые скорости в среднем равны 3250 м/с. Для получений достоверных результатов погрешность при измерении скорости обязана составлять ± 1 м/с либо 0,03 %. Скорость определяется по формуле (2)

(2)

Экспериментальные исследования проводятся на линейно — протяженных объектах в виде фрагментов насосно-компрессорных труб длиной 4 м. Измерение длины производится при помощи ручной железной рулетки. Погрешность отличия длины отметок шкалы от номинальных значений (ДL), согласно технических требований по ГОСТ 7502-98, определяется по формуле (3):

(3)

Для получений достоверных результатов погрешность при измерении длины обязана составлять ± 1 мм либо 0,04 %. Таковым образом, точность измерения времени Дt = ±0,6 мкс. Исходя из этого, рассчитана частота дискретизации f = 1,6 МГц.

4. Расчет характеристик для платы АЦП

Основным пт при выбирании АЦП идет выбор ее разрядности. Разрядность АЦП будет влиять на точность измерения амплитуды регистрируемых сигналов. нужно высчитать точность для 12 и 8 разрядных АЦП.

(4)

(5)

где U — наибольший размах напряжения аналогового сигнала; N1 и N2 —

Размах амплитуды регистрируемого сигнала 2В, точность регистрации амплитуды, которая нужна для предстоящей обработки сигнала, обязана быть не наименее 1 мВ, что составляет 0,05 %, от амплитуды сигнала. Точность для 12 разрядной АЦП составляет 0,48 мВ (0,024 %), а для 8 разрядной — 7,8 мВ (0,39 %). Как следует, 8 разрядное АЦП для регистрации нашего сигнала не подступает, для четкого восстановления сигнала нужно употреблять 12 разрядные АЦП.

Дальше нужно высчитать размер памяти для записи полезного сигнала при известном периоде дискретизации Tdis = 0,6 мкс и продолжительности полезного сигнала Tp = 138 мкс.

(6)

Нужный малый размер памяти FIFO для 12 разрядной АЦП, с частотой дискретизации 1,6 МГц и продолжительностью полезного сигнала Tp = 138 мкс, будет равен: FIFO = 2,7 КСлов. Что составляет 5,4 Кб.

Полное измерение содержит в себе прием 10 равнозначных по продолжительности отражений. В соответствие с приведенными выше расчетами для 1-го полезного сигнала, нужный размер памяти FIFO для регистрации 10 отражений будет составлять 54 Кб.

5. Выбор платы аналого-цифрового преобразования
В итоге анализа рынка АЦП были выбраны более пригодные варианты для решения поставленной перед нами задачки. Главные свойства, на которые было обращено внимание это частота дискретизации, размер буфера памяти, также шина интерфейса ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем) и габариты, т. к. наша задачка — это переносное устройство. Их главные свойства представлены в таблице 1.

Таблица 1 Сравнительные характеристики АЦП

ЛА-н1-12 USB

ЛА-н10-12USB

Тип АЦП

последовательно-параллельный

последовательно-параллельный

Разрядность, бит

12

12

Пуск АЦП

внутренний либо наружный

внутренний либо наружный

От внутреннего кварцевого генератора, от наружной тактовой частоты

Наибольшая частота дискретизации, МГц

100

80

время преобразования, нс

20

20

Размер буфера памяти

4096 КСлов

1024 КСлов

Спектр входного сигнала

±2В; ±1В; ±0.4В; ±0,2В

±2В; ±1В; ±0.4В; ±0,2В

шина интерфейса ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем)

USB

USB

Габариты, мм

110х240

245х138х34

Стоимость, руб.

42000

46020

Для реализации автоматической системы регистрации сигналов при контроле труб подступают обе АЦП. Любая из их владеет своими преимуществами.

Потому что нам необходимо создать портативное устройство, то важную роль играет геометрический размер АЦП, и метод подключения к компу. Более прибыльные для нас свойства имеет АЦП ЛА-н10-12USB. У него имеется отдельный корпус и USB интерфейс подключения к ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем). Что будет комфортно для использования в портативном устройстве. Потому выбор остановим на 12 разрядной АЦП ЛА-н10-12USB.

5.1 характеристики АЦП ЛА-н10USB
Плата ЛА-н10USB (Набросок 5) создана для преобразования аналоговых входных сигналов в цифровую форму, которая комфортна для предстоящей обработки сигнала с помощью индивидуального компа.
В таблице 2 представлены главные свойства аналого-цифрового канала и преобразователя.

Набросок 5 Наружный вид АЦП ЛА-н10-12USB

Таблица 2 Черта аналого-цифрового канала

Черта аналого-цифрового канала

Число аналоговых входов

2 синхронных (2 канала АЦП)

Конфигурация аналоговых входов

однополюсные

Входное сопротивление, Ом

50

Разъем

BNC

Спектр входного напряжения

±2В; ±1В; ±0.4В; ±0,2В

защита по напряжению аналоговых входов, В

±7,5

Размер буфера памяти

1024 КСлов

Черта аналого-цифрового преобразователя

Тип АЦП

Параллельно-последовательный

Разрешение, бит

12

Наибольшая частота дискретизации, МГц

80

Пуск АЦП

От внутреннего кварцевого генератора либо от наружной тактовой частоты

Разъем для наружной тактовой частоты

BNC

Стандартно установленный размер буфера памяти превосходит нужный размер в 27 кСлов. Размер памяти ОЗУ можно уменьшить программно до 1 кСлова с шагом 2n, где n = 1. Опосля проведенных расчетов программно устанавливаемый размер памяти ОЗУ будет равен 32 кСлов.

6. Выбор ПЭВМ

Заключительным шагом в разработке портативного устройства для контроля насосно-компрессорных труб является выбор ПЭВМ. С его помощью просто можно обрабатывать всю информацию, полученную в процессе контроля.

Свойства, которыми должен владеть комп для хорошей работы: малые габариты и портативность.

Этому условию, из имеющихся на рынке вариантов, удовлетворяют ноутбуки. Потому конкретно из этого класса индивидуальных компов мы будем выбирать лучший вариант для решения нашей задачки.

Более принципиальные характеристики при выбирании ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем) является скорость работы и производительность.

Для обработки высокочастотных сигналов и для неоднократных однотипных измерений нужен производительный, частотный машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор. Для наибольшей производительности малый размер оперативки должен быть не наименее 2 Гб. Твердый диск должен владеть объемом памяти 500 Гб, это соединено с индивидуальностью поставленной задачки.

Потому что контроль насосно-компрессорных труб будет выполняться в разных местах и разных критериях, то немаловажную роль для нас будет играться надежность компа. А поточнее его устойчивость к наружным действиям и брутальным средам, к примеру: влаго- и пылезащищенность, устойчивость к ударам и т. д.

Выбор остановим на ноутбуке DELL Inspirion N5110 (Набросок 6).

Набросок 6 Наружный вид ноутбука DELL Inspirion N5110

Подробные свойства ноутбука DELL Inspirion N5110
В таблице 4 представлены подробные свойства избранного ноутбука.

Таблица 3 Свойства DELL Inspirion N5110

свойства

DELL Inspirion N5110

Микропроцессор

Core i3 2200 МГц

Кол-во ядер

2

Размер КЭШа L2, Кб

512

Размер КЭШа L3, Мб

3

Чипсет

Intel HM67

Размер и тип оперативки, Мб

4096 DDR3

Экран, дюйм

15.6

Разрешение

1366х768

Тип графического контроллера

дискретный

Видеопамять

NVIDIS GeForce GT 525M

Оптический привод

DVD-RW

Твердый диск, Гб

500 SATA

Интерфейсы

USB 2.0×2, USB 3.0×2, VGA (D-Sub), HDMI, вход микрофонный, выход аудио / наушники, eSATA, LAN (RJ_45)

Поддержка карт памяти

Да

Питание

Li-ion аккумулятор 11.1В 48 Вт*ч (4200 мАч)

Вес, кг

2,47

Индивидуальности

Пылезащищенность

Габариты, см

50.5 x 35 x 10.5

Для портативного устройства вес, габариты и время работы от батареи являются необходимыми чертами. Из таблицы видно, что у избранного нами ноутбука, вес меньше 3 кг, что благоприятно влияет на удобство работы.

Наибольший размер передаваемых данным по порту USB 3.0 110Мбайт/сек. Размер передаваемых данных с АЦП на ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем) составляет 64 Кб, время преобразования 1-го отражения составляет 20 нс, для неоднократных отражений это время возрастает пропорционально. Для поставленной задачки нужное время преобразования составляет 200 нс.

7. Автоматическая система
Для экспериментального щита нужно собрать все избранные блоки воедино. Сбор всех частей нужно производит в согласовании со схемой представленной на рисунке 7.

Набросок 7 Структурно-функциональная схема экспериментального щита

АЦП — аналогово-цифровой преобразователь;

ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем) — индивидуальный комп;

USB — поочередный порт эталона USB 2.0;

Д — датчик;

ДВ — электродвигатель;

БП — блок питания;

1 — информационный четырехжильный кабель;

2 — кабель питания двухжильный;

3 — объект контроля;

4 — рабочий выключатель;

5 — основание щита;

6 — общий выключатель.

Экспериментальный щит содержит в себе два зубчатых колеса, находящихся в зацеплении, электродвигателя, блока его питания и акселерометр, для снятия сигнала и введения его в ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем).

Для щита была выбрана прямозубая зубчатая передача с эвольвентным зацеплением, ввиду собственной простоты и пригодности для сотворения искусственного недостатка. Зубчатые колеса имеют однообразные геометрические размеры, однообразное количество зубьев и равное значение модуля. Это дозволяет исключить пики вальной и зубцовой частот диапазона, что существенно упрощает исследование спектральной картины. Ведущее зубчатое колесо закреплено на одном валу с движком, другими словами имеет прямой привод, исключающий лишние утраты энергии на трение и появление доп вибраций. Оба зубчатых колеса вращаются на 2-ух подшипниках качения.

На ведомой шестерне была изготовлена имитация питтинга — коррозионного недостатка. Сам недостаток представляет собой отверстие меж 2-мя примыкающими зубьями шестерни с нарезанной в нем резьбой. В отверстие вворачивается резьбовая заглушка (рис. 12), выступающая из нее на некую длину, что вызывает стук при вращении зубчатой пары, проявляющий себя на диапазоне виброакустического сигнала. Сигнал снимается с креплений крепления зубчатых колес при помощи датчика, опосля что вводится в индивидуальный комп для предстоящей обработки. Резьбовая заглушка была сделана из стали 12Х18Н9Т, обладающей завышенной прочностью, уменьшающей ее Износ и пластическую деформацию.

Набросок 12. Искусственный недостаток: 1 — зубчатое колесо, 2 — искусственный недостаток

Высота недостатка регулируется при помощи плоской отвертки, средством вращения заглушки в отверстии зубчатого колеса. При повороте заглушки против часовой стрелки, величина недостатка возрастает, а при повороте по часовой стрелке, величина недостатка миниатюризируется.

7.1 Блок — схема работы установки

Набросок 8 Схема прохождения вибросигнала от недостатка до монитора

ОК — объект контроля;

Д — датчик;

У — усилитель;

АЦП — аналогово-цифровой преобразователь;

f — частотный анализ;

М — представление результата на мониторе.

Набросок 9 Временная диаграмма

Заключение

Для реализации экспериментального щита виброакустической диагностики был смоделирован принимаемый сигнал в программной среде MathCAD. Рассчитаны главные характеристики устанавливаемые при выбирании АЦП.

Плата АЦП, соответственная требованиям, выбиралась из имеющихся на рынке АЦП. При их выборе главными аспектами были соблюдение установленных критериев и доступная стоимость.

Для обработки приобретенных сигналов нужен ПЭВМ. Аспекты, которых придерживались при выбирании компа: нужный размер оперативки и твердого диска, также для портативного устройства вес, габариты и время работы от батареи являются необходимыми чертами.

Все избранные элементы соединены в единую систему и разрешают создавать контроль с высочайшей точностью.

Перечень литературы
акустический спектральный цифровой преобразователь

1. Аппаратура общего предназначения для определения главных характеристик вибрационных действий. Общие технические требования [текст] / ГОСТ 30296-95. — Введ. 1997-01-01. — Москва: Издательство эталонов, 1996. — 20 с.;

2. ГОСТ 7502-98. Рулетки измерительные железные. Технические условия. — М.: Изд-во эталонов, 1998.

3. Выбор платы АЦП [электрический ресурс]. Режим доступа: HTTP://www.nix.ru/autocatalog/dell/dell_Notebook/DELL_Inspiron_N5110_51106925_i3_2350M_500_DVDRW_GT525M_WiFi_BT_Win7HB_15.6_2.47_137112.html

4. Свойства ноутбука [Электронный ресурс]. Режим доступа: HTTP://market.yandex.ru/model.xml? modelid=858251&hid=723088&text=Genius % 20ErgoMedia % 20700 % 20Black % 20PS % 2F2 % 2BUSB&srnum=1

5. свойства платы АЦП [электронный ресурс]. Режим доступа: HTTP://market.Yandex.ru/model.xml? modelid=7779009&hid=91013&show-uid=839058413371188302

]]>